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生物医学工程基础
一、考试的总体要求
掌握生物医学工程的基础知识和基本理论，并能合理运用解决实际问题。
二、考试的内容及比例
考试内容分为 A、B、C、D 四个模块，考生可任选其中一个模块。A 模块为医学成像
基础，B 模块为医用传感基础，C 模块为生物医学信号处理基础，D 模块为光学与光电基础。
（一）A 模块：医学成像基础
1. 传统 X 射线成像
（1）X 射线物理基础（X 线产生条件及性质；韧致辐射、特征辐射与其对应射线谱；
X 射线管的技术参数；X 线与物质的相互作用；X 线强度与硬度；X 线的硬化；X 线透射与
衰减）
（2）X 射线透视成像（传统 X 射线成像原理、系统及方式；影响 X 射线成像质量的主
要因素；典型 H-D 曲线形态，其横纵坐标及各参数含义；原发/客观/主观对比度概念，定义
公式，相关性推导；传统 X 射线成像缺点）
（3）X 线影像质量评价（像素、分辨率、对比度的概念）
（4）经典 X 射线断层成像（X 线断层成像的基本原理）
（5）数字减影（数字剪影原理及方法；时序减影、能量减影、混和剪影原理；K 吸收
带及 K 吸收边缘法概念）
（6）数字化 X 线摄影（CR 成像原理、 DR 成像原理、二者区别与成像优点）
2. 计算机断层成像
（1）X-CT 定义、成像参数和扫描方式（CT 成像概念；像素与体元概念；衰减系数与
CT 值定义；CT 与胶片分辨率差异及原因；窗口技术与窗宽、窗位定义；第一代到第五代
CT 特点）
（2）CT 图像重建原理和方法（投影概念与实质；正弦图概念及公式；CT 图象重建方
法分类及典型代表算法比较；直接反投影重建法原理、计算及“灰雾”成因）
（3）CT 图像显示和质量评价方法（CT 图像重建显示的代表性图像处理技术；CT 图
像特点，与 X 射线透视影像的区别；CT 图像质量参数、三种评价参数公式及表征）
（4）CT 装置结构（CT 装置组成；CT 机房要求）
3. 放射性核素成像
（1）放射性同位素及射线检测物理基础（放射性同位素概念、性质、衰变规律、在医
学中的应用；粒子探测器各部分组成、定义、分类、特性等；放射线检测前置放大器的作用）
（2）放射性同位素扫描与 γ 照相机（放射性核素成像概念；放射性同位素扫描原理、
结构；γ 照相机结构、工作原理；）
（3）ECT 成像（ECT 成像原理与分类；SPECT 分类、原理、组成、特点； PET 原理，
符合湮灭测量与飞行时间差作用、探测器类型、成像过程；PET 成像优缺点及主要应用）
4. 超声波成像
（1）超声波物理性质（超声波产生及各种物理参数定义、公式；超声波传播和衰减特
性；超声辐射声场特性；超声对生物媒质作用）
（2）医用超声换能器（超声辐射声场指向性、近场与远场特性；超声换能器的压电效
应原理；超声换能器结构）
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（3）超声诊断仪原理（超声波成像基本原理及优势；超声脉冲反射法/脉冲回波法原理；
脉冲工作频率（波长）选取考虑因素，与脉冲重复频率间的区别；超声相控阵扫描原理；超
声成像基本类型；超声成像回波信号 e(t)公式及 TGC 原理；A 超、B 超、M 超在显示方面
的区别）
（4）超声 Doppler 诊断技术（Doppler 效应原理及公式；超声 Doppler 血流速度测量主
要方法；连续波 Doppler 速度测量基本原理；脉冲波 Doppler 速度测量基本原理及特点；超
声 Doppler 测量取得血流方向信息；彩色血流映射主要技术思路；运动目标显示技术和相位
检测基本知识）
5. 磁共振成像
（1）核磁共振现象（NMR）及其物理基础（原子核磁矩、核磁子、自旋量子数定义；
核磁矩与自旋角动量关系；拉莫尔进动概念与进动频率公式；力学动量矩原理；核磁矩的能
级分布与核磁共振现象原理）
（2）核磁共振（NMR）信号产生与检测（宏观磁化原理；引入射频 RF 场原因；自由
感应衰减信号 FID 概念；驰豫时间检测方法）
（3）NMR 成像方法（磁共振成像的基本原理；MRI 图象重建方法）
（4）MRI 装置（磁体系统；NMR 波谱仪；图像重建和显示系统）
（5）MRI 应用（临床诊断应用范围；MRI 与其它成像方法比较）
参考材料：
[1] 高上凯著, 医学成像技术, 清华大学出版社, 2001 年 2 月
（二）B 模块：医用传感基础
1. 医用传感器基本概念
（1）医用传感器的定义
（2）医用传感器的分类与组成
（3）人体信息检测的特殊性
（4）医用传感器的发展方向
2. 医用传感器的基本特性
（1）传感器信息模型的建立
（2）传感器的静态特性
（3）传感器的动态特性
3. 常用医用传感器工作原理
（1）电阻应变式传感器
（2）电容式传感器（电容式压力传感器、直流极化型电容传感器、测量电路及分布电
容消除方法）
（3）变磁阻式传感器（电杆传感器差动变压器式传感器、变磁阻式传感器的应用）
（4）电动式传感器（附有力学系统的电动式传感器、电磁血流量传感器）
（5）压电式传感器和超声换能器（换能器的结构与超声场、压电式传感器、医用压电
超声换能器、医学超声仪器）
（6）热敏式传感器(金属热电偶传感器、热敏电阻温度传感器、PN 结二极管和集成电
路温度传感器、热释电传感器)
（7）光敏式传感器（光电倍增管、光电导元件、光生伏特元件、光敏管、各种光敏传
感器的性能比较）
（8）电化学与生物传感器测量基础（参比电极、离子选择性电极及其应用、气敏电极
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和气体扩散电极）
4. 检测生物电及电刺激生物体用电极
（1）极化现象及对生物电检测的影响、不极化电极、电极的阻抗
（2）电极的运动伪差及市电干扰
（3）生物电检测类宏电极的类型
（4）微电极
5. 生物传感器及在医学中的应用
（1）生物传感器原理及典型应用
（2）酶电极原理及典型应用
（3）微生物传感器原理及典型应用
（4）免疫传感器原理及典型应用
（5）细胞器及组织传感器典型应用
（6）多功能及微型生物片传感器典型应用
参考材料：
[1] 《医用传感器与人体信息检测》，作者：王明时，天津科学技术出版社
（三）C 模块：生物医学信号处理基础
1. 生物医学信号概论
（1）生物医学信号处理目的
（2）典型的生物医学信号及其特点
（3）生物医学信号的数学表达（信号概率描述、数字特征以及信号平稳性与遍历性）
（4）生物医学信号通过线性系统
2. 数字信号处理的基本概念
（1）离散时间信号（典型离散信号、离散信号的运算）
（2）离散时间系统（离散时间系统的基本概念、输入输出关系
（3）Z 变换(Z 变换定义、Z 变换收敛域、Z 变换的性质
（4）离散时间系统的转移函数、频率响应、零极点分析
3. 生物医学信号的数字滤波方法
（1）奈奎斯特采样定律（掌握理想采样、频谱混叠、频谱泄露、栅栏效应等概念以及
数字频率、归一化频率、频谱分辨率的计算）
（2）线性卷积与循环卷积（图表法、公式法计算卷积）
（3）IIR 数字滤波器（掌握基本概念以及给定特性的滤波器设计）
（4）FIR 数字滤波器（掌握基本概念以及给定特性的滤波器设计）
（5）匹配滤波器（基本原理和构成、神经传导速度测量用信号模型、非白噪声背景下
的匹配滤波器、信号波形未知时的匹配滤波器构造方法）
4. 生物医学信号的现代滤波方法
（1）信号功率谱（定义、非参数估计以及基于 DFT 的功率谱计算）
（2）维纳滤波(原理及公式推倒、滤波器优化、时间离散的维纳滤波器设计)
（3）参数模型（信号的成形滤波器、AR 模型阶次估计、ARMA 模型参数估计）
（4）自适应滤波及其应用（自适应的概念和原理、LMS 自适应滤波器、自适应消噪声、
自适应谱线增强和窄带信号分离、自适应系统辨识）
参考材料：
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[1] 《数字信号处理导论》，作者：胡广书，清华大学出版社 (2006-07)
[2] 《生物医学信号处理》，作者： 杨福生 高上凯编著，高等教育出版社（1998－05)
（四）D 模块：光学与光电基础
1. 几何光学基本定律与成像概念
（1）几何光学基本定律：1）光的直线传播定律 2）光的独立传播定律 3）反射定律和
折射定律（全反射及其应用） 4）费马原理（最短光程原理）
（2）完善成像条件的概念和相关表述
（3）单个折射面的成像公式，包括垂轴放大率、轴向放大率、角放大率 γ、拉赫不变
量等公式。
（4）球面反射镜成像公式
2. 理想光学系统
（1）无限远的轴上（外）物点的共轭像点及光线、无限远的轴上（外）像点的对应物
点及光线的性质，物（像）方焦距的计算公式
（2）物方主平面与像方主平面的性质，光学系统的节点及性质
（3）图解法求像的方法
（4）解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）
（5）理想光学系统的放大率概念及公式
3. 光辐射探测器的理论基础
（1）光电发射效应(外光电效应)
（2）半导体的光电效应（内光电效应）
（3）探测器中的噪声
（4）探测器中的主要特性参数
4. 光电器件
（1）光电阴极
（2）光电管与光电倍增管的工作原理
（3）光电倍增管的主要特性参数
（4）结型光电器件原理
（5）硅光电二极管
参考材料：
[1] 《工程光学》，作者：郁道银、谈恒英主编，-3 版，机械工业出版社 (2011-06)
[2] 《光电技术》，作者：缪家鼎、徐文娟、牟同升编著，浙江大学出版社（1995－03)